Junte-se Gregory Sacha, Ph. D. da Baxter Biofarmácia Soluções para uma introdução para a liofilização e a anatomia de um lyophilizer. Apresentado em frente a um liofilizador em escala laboratorial, Dr. Sacha demonstra a colocação de um termopar, carregamento manual e discute parâmetros de processo e design de equipamentos que afetam os ciclos de liofilização. Hooke College of Applied Sciences oferece um curso de liofilização.
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então, vamos começar entendendo primeiro quais são os passos da liofilização e por que os faríamos. A base para a liofilização é que precisamos de algo liofilizado se estendermos sua vida útil, por exemplo, não é estável em solução. A liofilização nos permite remover gelo ou água de um produto sem destruir nossas moléculas voláteis. Não necessariamente volátil, mas aqueles que podem ser suscetíveis a altas temperaturas. Assim, esses produtos são colocados em um liofilizante, resfriados e congelados, e então um vácuo é estabelecido para remover o gelo como sublimação.Portanto, essas etapas incluirão primeiro encher os frascos com solução e, em seguida, tomar esses frascos e colocá-los em um liofilizante e, em seguida, resfriar os frascos até cerca de -40 graus C. Essa etapa é a etapa de congelamento.
resfrie os frascos, deixe-os congelar completamente para -40, digamos cerca de duas horas. E então agora podemos iniciar um vácuo, esse vácuo pode estar por perto, digamos 100 millitorr, e então dependendo das propriedades daqueles em solução, ou seja, essas propriedades características térmicas, podemos ser capazes de aumentar a temperatura da prateleira para algo em torno de -20 ou até mais, enquanto continuamos a puxar esse vácuo. Esse estágio é a secagem primária; é aí que estamos removendo o gelo a granel.
depois de remover todo o gelo a granel, agora é Seguro aumentar a temperatura do produto. É seguro porque toda essa água congelada foi removida.
agora precisamos aumentar a temperatura do produto para expulsar a água descongelada. Essa seção é conhecida como secagem secundária.
há também uma etapa que pode ser usada durante a primeira etapa de congelamento—essa etapa é conhecida como recozimento. É aí que, se um produto pode cristalizar, podemos incentivar a cristalização aumentando a temperatura do produto e, em seguida, permitindo que ele descanse, sem puxar um vácuo. Esse passo é conhecido como recozimento. Esse tempo de recozimento permite o tempo para o movimento molecular que pode incentivar a cristalização de um componente de cristalização, ou mesmo incentivar o crescimento de cristais de gelo.Portanto, nosso objetivo é preencher Frascos, e aqui está um exemplo de um frasco cheio, nosso objetivo é, após a liofilização, manter a mesma altura e volume da solução que foi preenchida. Como exemplo de um produto liofilizado, com uma aparência aceitável, é isso que esperamos fazer. O que esperamos não fazer é produzir algo assim; isso é colapso. Isso ocorre se, por exemplo, não entendermos o comportamento térmico de nosso produto e excedermos as temperaturas críticas durante a secagem primária. É isso que queremos evitar.
outra coisa que você deve notar é que, ao contrário da formulação da solução, esta formulação tem uma rolha que está parcialmente assentada. Você verá que esta rolha tem um único respiradouro. Esse único respiradouro permite a fuga do vapor de água durante o processo.
Antes de seguirmos em frente, vamos primeiro entender um pouco sobre o próprio liofilizador.
vou trazer um pouco mais perto do liofilizador, este é um Liofilizador de escala de laboratório. Você verá que tem uma porta com outra câmara na frente, vou falar com você sobre isso em um minuto. No interior, esta é a câmara do produto. Existem três prateleiras para uma câmara de produtos-para facilitar a demonstração durante esta sessão, levantei as duas principais prateleiras para que tenhamos muito espaço.
se olharmos um pouco mais para baixo, vemos o condensador. O condensador é onde o gelo é removido como vapor de água durante a sublimação que está preso nessas bobinas no condensador. Essas bobinas são mantidas a uma temperatura em torno de -65 ou -70, em algum lugar ao redor. Então, deixe-me levantar um pouco esta câmera.
como esse vapor de água chega à câmara até o condensador? Isso é importante lembrar, nem todos os liofilizantes são criados da mesma forma. Esses liofilizantes têm o que é conhecido como uma peça de carretel entre a câmara do produto e o condensador. Essa peça de carretel é como uma rede. Vou girar você para outro liofilizador que tenho com o painel lateral removido. O que vemos aqui, vemos um pouco, este pedaço de pescoço aqui entre a câmara e o condensador. Essa é a peça do carretel. Isso é importante lembrar porque alguns liofilizadores não têm uma peça de carretel. Eles podem ter apenas esta câmara de produto, e ao lado daquela câmara de produto onde as prateleiras são colocadas é o condensador, o que significa bobinas realmente Frias. Essas bobinas podem influenciar a temperatura do seu produto. Isso não é bom nem ruim, mas é algo a estar ciente ao desenvolver seu processo e transferi-lo. Outros liofilizantes ainda podem não ter pescoço, mas apenas esta parede entre a câmara e o condensador, com uma placa que levanta e cai dependendo do estágio do processo.
outra coisa que precisamos discutir é como esfriamos Esses frascos? De onde vem essa temperatura fria?
estas prateleiras são ocas. Eles têm um fluido de resfriamento, ou um fluido de transferência de calor, que gira e flui através deles. Outra coisa que é diferente entre diferentes liofilizadores é como esse fluido flui. Em algumas prateleiras, flui em um padrão serpentino, para cima e para baixo. Outras prateleiras fluirão em um padrão espiral, isso é um pouco exagerado, Sou Terrível em desenhar, mas é uma espiral.
por que nos importamos? Nós nos importamos porque isso definitivamente determinará como nosso calor é distribuído na prateleira. Nenhum deles tem uma vantagem ou desvantagem, é só que precisamos estar cientes disso porque há algo que é conhecido como o efeito de borda em uma prateleira. Quando temos uma prateleira cheia de frascos, os frascos na parte interna da prateleira, a parte interna, serão muito mais frios do que aqueles que estão na borda. O que entra em vigor é a temperatura da parede, a temperatura da porta, a largura desses canais e o quão bem eles cobrem toda a prateleira. Isso é algo que precisamos estar cientes.
quando enchemos Frascos, os enchemos em uma bandeja, aqui está uma operação manual em nosso laboratório. Temos frascos cheios em uma bandeja, todas as rolhas estão parcialmente sentadas.
você notará um monte de fios. Esses fios levam a Frascos equipados com termopares, para que possamos monitorar a temperatura do nosso produto durante o processo. Aqui está um frasco com um termopar colocado dentro dele. O que tentamos fazer, uma vez que esses termopares são sensores pontuais, tentamos alinhar esse ponto o mais próximo possível no centro do frasco na parte inferior central. Fazemos isso porque, à medida que o gelo é removido, ele é removido de cima para baixo. O fundo vai ser o mais frio, e isso pode nos fornecer uma medida de quando nosso ciclo de secagem primário está completo. Não é a melhor maneira de medir, mas é uma possível medição. É também uma maneira de determinar o quão perto estamos dessa temperatura do ponto de falha para um produto. Você notará que eu tenho um termopar colocado na frente, no meio e no centro. Pessoas diferentes as colocam com métodos diferentes. A área mais fria vai estar no centro, áreas de borda irá dizer— lhe o quão quente pode ser-a temperatura mais quente que você pode experimentar durante o processo.
como os colocamos no liofilizador? Em uma bandeja, a bandeja tem um anel ao redor, então a colocamos no liofilizador e deslizamos essa parte superior para a frente enquanto empurramos. Agora, o fundo da bandeja e os frascos fazem contato direto com a prateleira. Podemos então conectar os termopares nas diferentes portas. Isso nos permite monitorar a temperatura do produto durante todo o processo.
existem outros tipos de termopares que precisamos conhecer, ou sistemas de monitoramento de temperatura. Não vamos entrar em todos os detalhes aqui, mas há RGD, há um termopar que colocamos diretamente no frasco, então também há esses sensores de temperatura sem fio. Este acontece de ser de Tempress e você verá que tem um grande, não tão grande, mas um fundo de vidro para ele. Esse fundo contém um cristal que vibra. E essa vibração ou oscilação se traduzirá diretamente na temperatura do nosso produto.
uma das razões pelas quais gostamos desses sensores sem fio é que eles podem ser esterilizados a vapor para que possam ser usados em nosso processo de produção e também não temos todos esses fios. Um desafio de colocar termopares em uma área de fabricação é que podemos afetar negativamente a garantia de esterilidade. Em uma área de produção, podemos apenas ser capazes de testar ou monitorar os frascos que estão mais próximos da frente da porta, para que não cheguemos e afetemos negativamente a garantia de esterilidade. Esses termopares sem fio nos permitem colocar frascos e sensores de temperatura ao longo da linha, eles podem ser colocados aleatoriamente em uma prateleira inteira.
depois de conectar esses termopares, fechamos a porta. Feche a porta para a câmara do condensador e, em seguida, iniciar o nosso processo, lembrando a primeira parte do que está congelando, a secagem primária, e secagem secundária.
coisas que monitoramos durante o processo; secagem primária. Secagem primária queremos determinar quando é o fim. Esse fim é determinado por um, quando removemos completamente o gelo de nossos frascos, e a temperatura do nosso produto se torna semelhante à temperatura da nossa prateleira. Outro método, e provavelmente um método mais confiável, digo mais confiável porque esse método representa o que está acontecendo em toda a prateleira ou em todas as prateleiras, e isso é medição comparativa de pressão. Dentro deste liofilizador, há um manômetro de compactação para medir a pressão do ponto de ajuste, por exemplo, se for para 100 millitorr, ele mostrará quando estiver em 100 millitorr. Outra medida da pressão é a medição da pressão de resistência, conhecida como Calibre pirani. Esta resistência elétrica é afetada pelo nível de vapor de água na câmara. Quando o vapor de água é alto, a pressão registrada pelo medidor pirani é muito maior do que a pressão registrada pelo manômetro de compactação. Isto fornece – nos uma medida de quando todo o vapor de água é removido de nossa câmara do produto. Nesse ponto, a medição do medidor Pirani se tornará muito semelhante à medição do manômetro de compactação. Isso nos diz que agora podemos prosseguir para a secagem secundária.
há dois pequenos passos aqui que eu gostaria de tocar. Uma é quando removemos o vapor de água, o que mais entra na câmara para equilibrar essa pressão? Continuamente, ao longo deste processo, há um nitrogênio sangrar uma pequena quantidade de nitrogênio na câmara que substitui o vapor de água que foi removido. Isso significa que quando esses frascos são finalmente selados, eles são selados sob um ambiente de nitrogênio.
a próxima parte que eu gostaria de tocar é, o que é isso? O que é esta caixa aqui? Há algo que precisamos saber durante o nosso processo. Ou seja, qual é a umidade residual final do nosso produto? Começamos a olhar para isso no final da secagem primária e depois na secagem secundária porque queremos ser capazes de colher amostras durante as etapas que representarão a umidade residual de alto nível, o meio e o baixo. Nós pegamos essas amostras, as colocamos na estabilidade e examinamos o efeito da umidade residual. Isso nos diz o quão baixo precisamos ir.
então, uma vez que sabemos o nível de umidade residual que precisamos, agora precisamos saber em que Temperatura de prateleira —quanto tempo precisamos mantê-lo nessa temperatura de prateleira para atingir nosso nível desejado de umidade residual. Fazemos tudo isso tirando amostras da Câmara. Queremos fazer isso sem quebrar completamente o vácuo. Um método de fazer isso é esse amostrador de ladrões. Este amostrador ladrão tem uma porta na frente, podemos selá-la no lugar, e há uma porta na parte de trás que vai diretamente para a câmara. Podemos puxar um vácuo nesta caixa externa até que possamos abrir a porta interna. Quando fazemos isso, agora temos acesso à parte interna da Câmara.
podemos então alcançar este braço, pode ser difícil de ver, mas há um pequeno dispositivo de agarrar na extremidade do braço. Podemos chegar lá, puxar uma amostra, retirá-la, selá-la e, em seguida, ter uma amostra capturada naquele ponto do processo que representa a certa umidade residual. Fecha isso.
no final do processo, é sua escolha agora se você deseja selar sob vácuo ou não. Selar sob vácuo significa que nos certificamos de que ainda há um vácuo quando comprimimos nossas prateleiras para selar as rolhas. É assim que as rolhas são seladas. As prateleiras são levantadas usando um botão até que os frascos entrem em contato com a prateleira acima e sejam pressionados para selar as rolhas.
há um outro item que eu gostaria de tocar e é isso que realmente é a força motriz para remover esse vapor de água? É um equívoco comum que é que o vácuo o puxa para fora dos frascos. Não é assim que funciona. O que estamos fazendo durante a secagem primária é ajustar a pressão na câmara e a temperatura da prateleira para obter a temperatura desejada do produto. Ao fazer isso, estamos estabelecendo uma diferença de pressão entre lá e a câmara, e também uma diferença de temperatura. Essa diferença de pressão, a pressão de vapor de gelo na câmara é muito baixa. Temos uma pressão de câmara muito baixa. Aqui, temos uma temperatura muito mais alta para ajudar a aumentar a taxa de sublimação. Quando isso ocorre, não há diferencial de pressão. A pressão de vapor do gelo é muito maior aqui, então estamos removendo o vapor de água e agora ele está sendo preso na área de pressão muito baixa, uma temperatura baixa, preso lá nas bobinas do condensador.
essa é a sua introdução à liofilização e sua introdução à anatomia de um liofilizante. Espero que você se junte a nós para o workshop de cursos de curta duração, para que possamos entrar em mais detalhes.